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今天被高高舉起的“5G旗艦標配”flag，到底是一口毒奶，還是真實的5G加速器，結果只能由消費者自己買單來檢驗了。 2020年5G旗艦手機的標配是什么？密密麻麻的攝像頭，人工智能芯片，Wi-Fi6技術，屏下指紋識別？最近手機廠商紛紛開麥，表示LPDDR5必須有姓名。 LPDDR，全稱Low Power Double Data Rate，是美國JEDEC固態技術協會面向低功耗內存而制定的通信標準。而LPDDR5，作為當下最新的內存標準，聽起來似乎沒毛病。 畢竟什么億級像素、4K高清視頻、VR游戲等等各種炫酷的5G創新應用和交互，都需要高通量的數據讀寫與存儲空間來支撐。 而一個有意思的現象是，內存升級往往是上游制造商主動發布新硬件，比如三星公司（Samsung）正在大力宣傳其最新的LPDDR5智能手機，聲稱為5G和AI智能手機做好了準備，而不是被動等待市場的自主進化與選擇。 相繼在存儲上做文章的手機廠商，又在其中扮演了何種角色呢？ 5G時代的內存和閃存，需要怎樣的超能力？ “請問怎么樣才算對手機存儲入門了？” “很簡單，你只要把DRAM、NAND、LPDDR3、LPDDR4、LPDDR4x、LPDDR5、eMMC、UFC、uMCP等都學一遍，就算了解了一點皮毛吧。” 觀看數個小時的手機發布會，小朋友，你是否有很多問號？？ 所以，我們今天就試圖抽絲剝繭地解釋這個問題。 我們知道，智能手機的內存管理機制和電腦的工作流程其實是差不多的。 閃存ROM就像是一個巨大的蓄水池，里面存儲的都是可以長期存在的資源，拍下的照片、下載的視頻、收發的文檔等等，都保存在這里。 如果說閃存ROM突顯的是家大業大的“富有感”，那么閃存RAM就像是家門口的大馬路，是手機芯片和數據之間的橋梁，人類發出的程序和指令都要通過內存發送給處理器（高性能芯片）進行運算，進而再將處理好的數據傳送回去。越寬敞的馬路，自然更容易獲得“主播帶你上高速”的爽感。 智能手機的豐富功能，也讓內存必須實現“多車道通行”，也就是多任務同時運行的能力。“清障功能”也必不可少，一旦發現有任務在道路上停留占道，防止其他應用順滑運行，自然也要想辦法關閉它。這也是許多“XX管家”清理功能所干的事兒。 那么，5G的到來，又給手機內存帶來了哪些新的挑戰呢？ 首先，是“流量”的增大。5G有著更高的容量和更快的速度，需要處理器完成對內存數據大通量吞吐的要求。 像是4K視頻傳輸、傳感器交互、智能汽車等AI級能力，內存的寫入和讀取效率都直接決定著用于體驗。 其次，為了保證快速的響應時間，5G開始應用分布式計算，很多數據處理也被從中心網絡下放到了邊緣處理器。尤其是對任務低時延的考驗，在線游戲、人工現實（AR）和虛擬現實（VR）、自動駕駛，甚至遠程手術等等。 因此內存也開始需要考慮對異構數據的處理能力，即附加各種計算元素的需求，讓其走到哪里都能夠為高性能處理器提供充沛、通暢的“原料”。 最后，對內存能耗的管理效率也需要提升。手機外殼、電池可以維修和更換，但內存卻必須擁有高持久性和安全性，至少在換機周期內必須足夠堅強。 而當5G與4G融合時，各種傳輸點、傳輸塔和其他網絡鏈路之間的通信，也增加了對閃存、內存等關鍵元件在耐用性、耐溫性等方面的要求。 因為5G流媒體傳輸會攜帶更多的數據（比如高質量的視頻），這就要求內存到閃存之前要緩沖的幀數就越多。一些復雜的智能推斷任務，也需要更高級別的帶寬，將直接導致壓力和損耗，降低內存的壽命。 沒有用戶會愿意購買一臺先天壽命短暫的手機。所以，內存的發展勢必會朝著帶寬更大、功耗更低的方向發展。 內存向何處進化？1+1+1＞3的路線圖 既然內存是5G手機的壓力源，那么直接拉升內存的技術高度行不行呢？ 近期被不少手機品牌稱為“5G時代旗艦機標配”的LPDDR5，就是在這一指導思想下誕生的。 智能手機通常會會應用最新標準的LPDDR產品，按目前的進展也就是第五代LPDDR5；而一些對性能需求不太高的汽車內嵌存儲、臺式機等等則可以滯后一點，應用成本較低的LPDDR4、LPDDR3等。 相較上一代LPDDR4標準，2019年2月發布的LPDDR5，支持多Bank Group模式，相當于數據傳輸從單車道變為多車道，增加更多的并行數據通路，因此其I/O速度從3200MT/s提升到6400MT/s，直接翻了一倍。 如果匹配高端智能機常見的64bit BUS，每秒可以傳送51.2GB數據（相當于12部全高清電影）。大家品品，這才是與5G手機相匹配的內存嘛？ 除了性能更高之外，到了LPDDR5這一代，其功耗管理水平也提升了。 中國三星官方微博宣稱，相同工作速率下，LPDDR5 比 LPDDR4x 功耗節省14%。美光也對外表示，其量產的LPDDR5可以讓手機續航時間延長5%到10%。 另外，LPDDR5 引入了數據復制（Data-Copy）和寫X（Write-X），可以將單個陣腳的數據直接復制到其它針腳，依靠出色的數據傳輸速率提升，可以通過高速運轉來充分釋放處理器的性能，讓它以更快的速度處理數據，從而更早地進入“睡眠模式”，也就不用長時間、高負荷地工作。 Write-X則減少了SoC芯片和RAM傳遞數據時的耗電，這樣，就讓折疊屏等大尺寸、多任務的高頻交互協作在終端成為可能，而不會給手機功耗控制帶來過大的壓力。 所以，由于LPDDR5能以“零時差”的時間來完成數據的處理并且存儲，因此在同時運行視頻、游戲、屏幕分享等多個應用時，其反應也更加從容，從而得以解決卡頓、黑屏等問題。 既然如此，是不是所有內存卡都升級成LPDDR5就行了呢？當然不是。三星從2015年開始向LPDDR5過渡，五年時間才推出了第一代相應終端，就足以說明問題。 這就要提到第二個限制手機存儲能力進化的技術，那就是閃存。 大家可能會說，閃存不就是一個存放數據的憨憨倉庫嗎，把它做大，做得比友商還大，不就行了？ 但問題是，閃存和內存是一套基礎建設，修好了八通道的高速路，但倉庫的進出庫只靠一個行動遲緩的管理員，是不是有點違和了？ 所以，從2011年就開始在手機上應用的eMMC閃存，全稱embedded Multi Media Card，即“嵌入式多媒體存儲卡”，一種大規模應用在手機或平板電腦等產品的內嵌式存儲器標準規格，自然也要跟著發生進化。 從2016年開始，手機處理器開始支持另一種標準——通用閃存存儲，Universal Flash Storage，簡稱UFS。此后，UFS就開始出現在一眾高端旗艦手機當中。目前最新的UFS 3.0，單通道帶寬可達11.6Gbps，已經相繼搭載在三星Note10、魅族16T、iQOO Neo 855等硬件中。 二者的區別在哪里呢？ 簡而言之，eMMC閃存是基于并行數據傳輸技術打造，同一時刻只能執行讀或者寫，所以傳輸比較慢；而UFS則基于串行數據傳輸技術，每次只有兩個數據通道，傳輸時速吊打eMMC。所以在安裝和打開大型游戲或應用時，UFS 2.1的耗時都更短。 所以很多時候LPDDR5常常會和UFS一起出現。 不過，UFS的終端優勢釋放，自然也要依靠整體硬件的改變來展現。 這就不得不提到第三個限制技術——uMCP。 MCP全稱是Multi Chip Package 多芯片封裝，能夠簡化PCB板的結構，從而讓設計、組裝、測試良率都得以提高。 上一代的封裝技術eMCP，是將eMMC和低功耗DRAM兩顆芯片高度集成，從而直接降低手機成本，縮短出貨周期，可以說為中低檔智能手機的普及做出了不少貢獻。 既然是成本神器，符合5G手機全面普及的訴求，又順應UFS繼承eMMC的趨勢，所以新的封裝技術uMCP，自然也就取代了eMCP，開始上位了。 （三星宣布量產首批12GB LPDDR4X uMCP芯片） uMCP結合LPDDR和UFS，不僅具有高性能和大容量，同時比PoP封裝+分立式eMMC或UFS的解決方案，占用的空間減少了40%。 三星為中端市場推出的12GB uMCP 解決方案，就將顆 24Gb LPDDR4X 芯片與eUFS 3.0 NAND 閃存結合到一個封裝中，突破了目前的 8GB 封裝限制，可以讓中端智能手機也感受到AI功能、4K視頻等前沿能力。不久前，又宣布交付全球首款量產應用于高端智能手機的LPDDR5 DRAM 芯片。 不過就在3月11日，三星被美光截胡了，后者打造了業界首個LPDDR5 DRAM和UFS閃存相結合的多芯片封裝(uMCP)，速度可達6400Mbps，比前一代接口性能提高50%。 這被看做為解決5G數據瓶頸起到至關重要的作用，比如IHS Markit董事邁克爾楊（Michael Yang）就聲稱，美光科技的uMCP滿足了包括5G在內的智能手機當前和新興的需求。 所以說，隨著未來10年5G網絡的建成和普及，以及智能邊緣設備的增長，從可視門鈴到自動駕駛汽車，都將刺激對內存和存儲的更多需求。根據客戶的需求趨勢判斷，美光認為2020年，智能手機的平均容量將達到5GB的DRAM和120GB的 NAND。 而uMCP，則是LPDDR5+UFS在5G時代的理想解決方案，三者相結合，才能真的讓5G手機體驗上升到一個新臺階。 LPDDR5獨領風騷，5G存儲變革卻還在云山之外 既然5G手機在存儲方面的表現，要靠多重技術的全面迭代，所以我們說，不能看到LPDDR5就自動聯想到“5G旗艦”，因為實在是言之過早了。 究其原因，主要跟新技術標準普及所必然面對的瓶頸有關。 首先，應用了LPDDR5的uMCP芯片，生產難度增大，所以生產成本和采購成本都比較高，更適合運用在追求效能的頂級旗艦機種。 2月12日，三星發布的新一代旗艦智能手機Galaxy S20系列，內存就搭載了全球首發LPDDR5， 5G版本為12GB LPDDR5 RAM。美光LPDDR5采用的是1Y nm光刻技術，基于UFS的多芯片封裝（uMCP5）技術應用于智能手機。具體表現如何，還有待市場檢驗。 此外，為了滿足更大內存、閃存的需求，就需要更強悍的“芯臟”處理器，以及更大的電池容量，來保證足夠的續航。 這顯然不是一件容易的事，因為盲目加大電池只會讓手機的爆炸風險更高。如何平衡存儲、計算、續航等綜合體驗，是一件考驗頂層設計、研發、權衡的藝術，并不是拿一個供應鏈解決方案就可以輕松超車的簡單操作。 舉個例子，UFS在存儲文件的打開速度上，和eMMC相比，用戶的感知并沒有特別大的差異，其體驗優勢主要在一些100M以上的大型游戲等方面以及文件傳輸上，集成到uMCP上之后，是否能真正轉化為消費者真實可感的快樂，顯然離不開PCB設計、針對性優化、實驗室測試、生產線品控等層層把關。 另外，可以預見的是，伴隨著中國存儲產業的進軍，比如長江存儲去年剛剛重建DRAM事業群，合肥長鑫LPDDR5也在規劃中，未來這一標準和存儲也將成為中低端手機的標配。 今天被高高舉起的“5G旗艦標配”flag，到底是一口毒奶，還是真實的5G加速器，結果只能由消費者自己買單來檢驗了。